EP1940574A1 - Verfahren zur herstellung eines penetrators - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines penetrators

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EP1940574A1
EP1940574A1 EP06792334A EP06792334A EP1940574A1 EP 1940574 A1 EP1940574 A1 EP 1940574A1 EP 06792334 A EP06792334 A EP 06792334A EP 06792334 A EP06792334 A EP 06792334A EP 1940574 A1 EP1940574 A1 EP 1940574A1
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tungsten
penetrator
powder mixture
core
powder blend
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Cornelis Taal
Rene Oudelhoven
Michael Vagedes
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a penetrator with a tungsten heavy metal (WSM) penetrator core with a high proportion of tungsten and an outer jacket which consists of a material which is more ductile than the penetrator core.
  • WSM tungsten heavy metal
  • Tungsten-heavy metal alloy penetrators typically have a high tungsten content (90 to about 97% by weight), because of their high masses, these materials have good penetration performance on normal impact on simple armored targets.
  • the high proportion of tungsten leads to embrittlement of the material, so that it often comes before the penetration of the target to a breakup of the penetrator with obliquely arranged targets and multi-plate targets.
  • the kinetic energy of the resulting relatively short fragments is usually insufficient due to their low mass to penetrate the remaining target plate (s).
  • the brittleness of well-known WSM penetrators is often increased by the fact that in the mechanical processing, for example by turning or grinding, cracks of the near-surface tungsten grains occur, which then can lead to premature failure of the respective penetrator in the load case by crack propagation.
  • the invention has for its object to provide a comparison with other known methods simpler method for producing a penetrator with brittle penetrator core and ductile jacket.
  • the invention is essentially based on the idea of concentrically introducing in a mold adapted to the outer dimensions of the penetrator a double hopper filling device adapted to the dimensions of the penetrator core. While in the inner tube, a first tungsten-containing powder mixture with high tungsten content (90- 99 wt.%) Is filled for the preparation of the penetrator core, in the annular space located between the outer wall of the inner tube and the inner wall of the mold, a second tungsten-containing powder mixture with respect to first powder mixture lower tungsten content (approximately between 83% and 91%) introduced. After removal of the inner tube from the mold then takes place in a conventional manner required for the preparation of the penetrator pressing the powder mixture, the sintering, the cold forming of the compact and finally the finishing of the pen- netrator blank.
  • a penetrator is produced with a core of high density and a tough outer sheath frictionally connected to the penetrator core, wherein the outer sheath prevents breakage on oblique target collision.
  • the first tungsten-containing powder mixture has proven to be a mixture with 95% by weight of tungsten and a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1.
  • a mixture of 87 wt .-% tungsten and a balance of nickel and cobalt powder, also in a weight ratio of 9: 1 resulted as the second tungsten-containing powder mixture in an advantageous manner.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a mold for producing a Penetratorrohlings containing therein powder mixtures
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of a part of the penetrator produced by the process according to the invention.
  • FIG. 1 designates a plastic mold adapted to the outer dimensions of the compact to be produced, in which a double hopper filling device is concentrically inserted.
  • the inner tube 3 and the double funnel 2 are preferably made of stainless steel and have a wall thickness of about 1 mm.
  • the annular space located between the die 1 and the inner tube 3 has a wall distance of about 1/8 of the inner diameter.
  • Both concentric funnels are connected in the conical area by means of transverse struts.
  • a first tungsten-containing powder mixture 4 is introduced with a tungsten content of 95 wt .-% and a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1.
  • a second tungsten-containing powder mixture 5 having a tungsten content of 87% by weight and likewise a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1 is introduced into the annular space.
  • the double hopper filling device is removed from the pressmatrix 1 and then the entire powder mixture is hydrostatically compressed after pre-compaction caused, for example, by shaking. Subsequently, the pressing is then performed according to the desired specifications of the finished sintered in a conventional manner, heat-treated, cold-formed, hot outsourced and then finished by a machining process, as known for example from US 3,979,234.
  • FIG. 2 shows the longitudinal section of a part of the penetrator 10 produced by the process according to the invention.
  • the penetrator core which is relatively brittle due to the high proportion of tungsten
  • 7 the outer shell which is significantly more ductile due to the lower tungsten content, are designated as threaded.
  • a transition region 8 with a preferred thickness between 25 ⁇ m and 200 ⁇ m, which ensures good adhesion between the core 6 and the jacket 7.
  • the tough shell 7 is preferably removed in the tip-side region, for example by machining, so that it is made of a core material tip and breaks brittle in the target impact, whereby ever sharp Anb formulatekanten arise that ensure a good Anb bracket .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators (10) aus Wolfram-Schwermetall mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel (7), der aus einem gegenüber dem Penetratorkern (6) duktileren Material besteht.Zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Penetrators (10) schlägt die Erfindung vor, in eine an die Außenabmessungen des Penetrators (10) angepasste Pressform (1) konzentrisch eine an die Abmessungen des Penetratorkerns (6) angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung einzubringen. Während in dem Innenrohr (3) eine erste wolframhaltige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil zur Herstellung des Penetratorkerns (6) eingefüllt wird, wird in den zwischen der Außenwand des Innenrohres und der Innenwand der Pressform (1 ) befindliche ringförmige Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung mit gegenüber der ersten Pulvermischung geringerem Wolframanteil (etwa zwischen 85 % und 91 %) eingebracht. Nach Entfernen des Innenrohres (3) aus der Pressform (1 ) erfolgt dann in an sich bekannter Weise das zur Herstellung des Penetrators (10) erforderliche Pressen der Pulvermischung, das Sintern, das Kaltumformen des Presskörpers und schließlich das Endbearbeiten des Penetratorrohlings.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Penetrators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators mit einem Penetra- torkern aus Wolfram-Schwermetall (WSM) mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel, der aus einem gegenüber dem Penetratorkern duktileren Material besteht.
Penetratoren aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung besitzen üblicherweise einen hohen Wolframanteil (90 bis ca. 97 Gew.-%), da diese Werkstoffe aufgrund ihrer hohen Massen gute Penetrationsleistungen bei senkrechtem Aufprall auf einfache gepanzerte Ziele besitzen. Allerdings führt der hohe Wolframanteil zu einer Versprödung des Werkstoffes, so dass es bei schräg angeordneten Zielen sowie bei Mehrplattenzielen häufig bereits vor Durchdringen des Zieles zu einem Auseinanderbrechen des Penetrators kommt. Die kinetische Energie der dabei entstehenden relativ kurzen Bruchstücke reicht aufgrund ihrer geringen Masse in der Regel nicht aus, um die verbleibende(n) Zielplatte(n) zu durchdringen.
Die Sprödigkeit bekannter WSM-Penetratoren nimmt häufig noch dadurch zu, dass bei der mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, Anrisse der oberflächennahen Wolframkörner auftreten, die im Belastungsfall dann durch Rißfortpflanzung zu einem frühzeitigen Versagen des jeweiligen Penetrators führen können.
Aus der DE 41 13 177 C2 ist es bekannt, zur Erhöhung der Festigkeit von mechanisch bearbeiteten Penetratoren die äußeren Wolfram-Schichten des jeweiligen in seiner Geometrie endbearbeiteten Penetrators durch Ätzen zu entfernen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch ein derartiges Abätzen der äußeren Wolfram-Schichten die Kerbschlagzähigkeit des entsprechenden Penetrators wesentlich (d.h. bis zu 20 %) erhöht wird.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist allerdings, dass Säuren verwendet werden müssen, die anwendungs- und umweltunfreundlich sind. Außerdem ist die Herstellung derartiger Penetratoren relativ aufwendig, weil durch den Ätzvorgang die vorgegebenen Maße des Penetrators nicht beeinflusst werden dürfen. Aus der DE 40 16 051 C2 ist ferner ein Penetrator bekannt, bei dem ein z.B. aus Wolfram- Schwermetall bestehender bruchempfindlicher Penetratorkern mittels einer duktilen Hülle geschützt wird. Hierzu wird die z.B. aus Stahl bestehende duktile Hülle nach Fertigung des Wolframkerns durch Drückwalzen formschlüssig auf den Penetratorkern aufgebracht. Auch dieses bekannte Verfahren ist relativ zeit- und kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber vergleichbaren bekannten Verfahren einfacheres Verfahren zur Herstellung eines Penetrators mit sprödem Penetratorkern und duktilem Mantel anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, in eine an die Außenabmessungen des Penetrators angepasste Pressform konzentrisch eine an die Abmessungen des Penetratorkerns angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung einzubringen. Während in dem Innenrohr eine erste wolfram haltige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil (90- 99 Gew. %) zur Herstellung des Penetratorkerns eingefüllt wird, wird in den zwischen der Außenwand des Innenrohres und der Innenwand der Pressform befindliche ringförmige Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung mit gegenüber der ersten Pulvermischung geringerem Wolframanteil (etwa zwischen 83 % und 91 %) eingebracht. Nach Entfernen des Innenrohres aus der Pressform erfolgt dann in an sich bekannter Weise das zur Herstellung des Penetrators erforderliche Pressen der Pulvermischung, das Sintern, das Kaltumformen des Presskörpers und schließlich das Endbearbeiten des Pe- netratorrohlings.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Penetrator mit einem Kern hoher Dichte und zähem kraftschlüssig mit dem Penetratorkern verbundenen äußeren Mantel erzeugt, wobei der äußere Mantel ein Brechen bei schrägem Zielaufprall verhindert. Die Herstellung einer separaten Hülle und ein aufwendiges Befestigen einer derartigen Hülle an dem Penetratorkern, wie im Falle der vorstehend erwähnten DE 40 16 051 C2, kann entfallen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat sich als erste wolframhaltige Pulvermischung eine Mischung mit 95 Gew.-% Wolfram und einem Rest aus Nickel- und Kobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 erwiesen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergab sich als zweite wolframhaltige Pulvermischung in vorteilhafter Weise eine Mischung von 87 Gew.-% Wolfram und einem Rest aus Nickel- und Kobaltpulver, ebenfalls im Gewichtsverhältnis 9:1.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig.1 einen Längsschnitt durch eine Form zur Herstellung eines Penetratorrohlings mit darin enthaltenen Pulvermischungen und
Fig.2 einen Längsschnitt eines Teiles des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Penetrators.
In Fig.1 ist mit 1 eine an die Außenabmessungen des herzustellenden Presslings ange- passte Pressform aus Kunststoff bezeichnet, in der konzentrisch eine Doppeltrichterein- füllvorrichtung eingebracht ist. Das Innenrohr 3 und die Doppeltrichter 2 sind vorzugsweise aus Edelstahl und weisen eine Wandstärke von ca. 1 mm auf. Der zwischen der Pressform 1 und dem Innenrohr 3 befindliche ringförmige Raum besitzt einen Wandabstand von etwa 1/8 des Innendurchmessers. Beide konzentrischen Trichter sind im konischen Bereich mit Hilfe von Querstreben verbunden.
In das Innenrohr 3 wird eine erste wolframhaltige Pulvermischung 4 mit einem Wolframanteil von 95 Gew.-% und einem Rest aus Nickel- und Cobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 eingebracht. Anschließend wird in den ringförmigen Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung 5 mit einem Wolframanteil von 87 Gew.-% und ebenfalls einem Rest aus Nickel- und Cobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 eingebracht.
Nach dem Einbringen der Pulvermischungen 4 und 5 wird die Doppeltrichtereinfüllvorrich- tung aus der Pressmatrix 1 entfernt und anschließend die gesamte Pulvermischung nach einer z.B. durch Rütteln bewirkten Vorverdichtung hydrostatisch komprimiert. Anschließend wird dann der Pressung entsprechend den gewünschten Spezifikationen des ferti- gen Penetrators in an sich bekannter Weise gesintert, wärmebehandelt, kaltumgeformt, warm ausgelagert und dann durch ein spanendes Verfahren endbearbeitet, wie beispielsweise aus US 3,979,234 bekannt.
Fig.2 zeigt den Längsschnitt eines Teiles des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Penetrators 10. Dabei sind mit 6 der aufgrund des hohen Wolframanteiles relativ spröde Penetratorkem und mit 7 der aufgrund des geringeren Wolframanteiles wesentlich duktilere äußere Mantel mit Gewinde bezeichnet.
Zwischen dem Penetratorkem 6 und dem äußeren Mantel 7 ergibt sich ein Übergangsbereich 8 mit einer bevorzugten Dicke zwischen 25μm und 200μm, der eine gute Haftung zwischen dem Kern 6 und dem Mantel 7 gewährleistet. Der zähe Mantel 7 wird bevorzugt im spitzenseitigen Bereich beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung entfernt, so dass sie Spitze aus einem Kernwerkstoff besteht und beim Zielaufprall spröde bricht, wodurch immerscharfe Anbeißkanten entstehen, die ein gutes Anbeißverhalten gewährleisten.
Bezugszeichenliste
1 Pressmatrix (kunststoff)
2 Doppeltrichter (Edelstahl)
3 Innenrohr (Edelstahl)
4 Kernpulvermischung
5 Randpulvermischung
6 spröder Penetratorkern
7 duktiler Penetratormantel (mit Gewinde)
8 Übergangsbereich Kern -Mantel
10 Penetrator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Penetrators (10) aus Wolfram-Schwermetall mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel (7), der aus einem gegenüber dem Penetratorkern (6) duktileren Material besteht, wobei das Zwischenprodukt ein Pulvergemisch ist, dass gepresst, gesintert, kaltumgeformt etc. und dann endbearbeitet wird, mit den Merkmalen:
a) in eine an die Außenabmessungen des Penetrators (10) angepasste Pressmatrix (1) wird konzentrisch ein an die Abmessungen des Penetratorkerns (6) angepass- tes dünnwandiges Innenrohr (3) eingebracht und mit einer ersten wolframhaltigen Pulvermischung (4) mit einem Wolframanteil zwischen 90 Gew.-% und 97 Gew.-% gefüllt;
b) der zwischen der Außenwand des Innenrohres (3) und der Innenwand der Pressmatrix (1) befindliche ringförmige Raum wird mit einer zweiten wolframhaltigen Pulvermischung (5) gefüllt, deren Wolframanteil zwischen 85 Gew.-% und 91 Gew.-% liegt;
c) anschließend wird die Doppeltrichtereinfülleinrichtung aus der Pressmatrix (1) entfernt und das gesamte Pulvergemisch weiterverarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste wolframhaltige Pulvermischung (4) 95 Gew.-% Wolfram enthält und der Rest der Pulvermischung aus Nickel- und Kobaltpulver besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite wolframhaltige Pulvermischung (5) 87 Gew.-% Wolfram enthält und der Rest der Pulvermischung aus Nickel- und Kobaltpulver besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickel- und Kobaltpulver in der ersten und/oder zweiten wolframhaltigen Pulvermischung (4, 5) ein Gewichtsverhältnis zwischen 2:1 und 10:1 , vorzugsweise 9:1 aufweisen.
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